Hệ thống thông tin công nghiệp Chương 4

Chia sẻ: Tuong Phu | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:24

Thêm vào BST

Báo xấu

188
lượt xem 72
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Vấn ₫ề kiểm soát truy nhập bus Kiểm soát truy nhập bus (Bus access control, Medium Access Control): Phân chia thời gian truy nhập ₫ường truyền (gửi tín hiệu ₫i) Phương pháp kiểm soát truy nhập bus ảnh hưởng tới: — ₫ộ tin cậy — tính năng thời gian thực — hiệu suất sử dụng ₫ường truyền Phương pháp kiểm soát truy nhập bus liên quan chặt chẽ tới, nhưng không ₫ồng nghĩa với cơ chế giao tiếp. So sánh ví dụ: Làm thế nào ₫ể trong...

Chủ đề:

Bình luận(0) Đăng nhập để gửi bình luận!

Lưu

Nội dung Text: Hệ thống thông tin công nghiệp Chương 4

Hệ thống Chương 1 thông tin công nghiệp 4.3 Kiểm soát truy nhập bus © 2004, HOÀNG MINH SƠN 1/20/2006
4.3 Kiểm soát truy nhập bus 1. Vấn ₫ề kiểm soát truy nhập bus 2. Phương pháp Master/Slave 3. Phương pháp Token Passing 4. Phương pháp TDMA 5. Phương pháp CSMA/CD 6. Phương pháp CSMA/CA © 2004, HOÀNG MINH SƠN 4.3 Kiểm soát truy nhập bus © 2005 - HMS 2
1. Vấn ₫ề kiểm soát truy nhập bus Kiểm soát truy nhập bus (Bus access control, Medium Access Control): Phân chia thời gian truy nhập ₫ường truyền (gửi tín hiệu ₫i) Phương pháp kiểm soát truy nhập bus ảnh hưởng tới: — ₫ộ tin cậy — tính năng thời gian thực — hiệu suất sử dụng ₫ường truyền Phương pháp kiểm soát truy nhập bus liên quan chặt chẽ tới, nhưng không ₫ồng nghĩa với cơ chế giao tiếp. © 2004, HOÀNG MINH SƠN So sánh ví dụ: Làm thế nào ₫ể trong một cuộc họp ₫ể khi một người nói thì những người khác không chen vào? 4.3 Kiểm soát truy nhập bus © 2005 - HMS 3
Phân loại phương pháp Ph−¬ng ph¸p truy nhËp bus Truy nhËp tiÒn ®Þnh Truy nhËp ngÉu nhiªn © 2004, HOÀNG MINH SƠN KiÓmso¸t tËp trung KiÓmso¸t ph©n t¸n NhËn biÕt xung ®ét Tr¸nh xung ®ét Master/Slave Token Passing CSMA/CD CSMA/CA TDMA 4.3 Kiểm soát truy nhập bus © 2005 - HMS 4
2. Phương pháp chủ/tớ (Master/Slave) Master Slave Slave Slave Slave © 2004, HOÀNG MINH SƠN Vai trò của trạm chủ: — Kiểm soát hoàn toàn giao tiếp trong hệ thống, hoặc — Chỉ ₫óng vai trò phân chia quyền truy nhập bus 4.3 Kiểm soát truy nhập bus © 2005 - HMS 5
Ưu ₫iểm và nhược ₫iểm Ưu ₫iểm: — Tiền ₫ịnh — Đơn giản, ₫ỡ tốn kém — Trí tuệ tập trung tại một trạm chủ Nhược ₫iểm — Độ tin cậy phụ thuộc vào một trạm duy nhất — Hiệu suất trao ₫ổi dữ liệu giữa hai trạm tớ thấp Ứng dụng chủ yếu — phổ biến trong các hệ thống bus cấp thấp (bus trường hay bus thiết bị) © 2004, HOÀNG MINH SƠN — trao ₫ổi thông tin hầu như chỉ diễn ra giữa trạm chủ là thiết bị ₫iều khiển và các trạm tớ là thiết bị trường hoặc các module vào/ra phân tán. 4.3 Kiểm soát truy nhập bus © 2005 - HMS 6
Biểu ₫ồ trình tự giao tiếp Master Slave 1 Slave 2 1: receive_request 2: send_request 3: send_data 4: send_completed 5: receive_completed © 2004, HOÀNG MINH SƠN 4.3 Kiểm soát truy nhập bus © 2005 - HMS 7
3. Token Passing Tr¹m 2 Token Tr¹m 1 Tr¹m 2 Tr¹m 3 Tr¹m 1 Token Tr¹m 4 Tr¹m 6 Tr¹m 3 Tr¹m 4 Tr¹m 5 Tr¹m 6 Tr¹m 5 © 2004, HOÀNG MINH SƠN Token Ring Token Bus 4.3 Kiểm soát truy nhập bus © 2005 - HMS 8
Token? Một bức ₫iện rất ngắn, có cấu trúc ₫ặc biệt Ví dụ: Start Destination Source End Delimiter Address Address Delimiter © 2004, HOÀNG MINH SƠN 4.3 Kiểm soát truy nhập bus © 2005 - HMS 9
Vấn ₫ề kiểm soát Token Giám sát token: Nếu do một lỗi nào ₫ó mà token bị mất hoặc gia bội, cần phải thông báo xóa các token cũ và tạo một token mới. Khởi tạo token: Sau khi khởi ₫ộng một trạm ₫ược chỉ ₫ịnh có trách nhiệm tạo một token mới. Tách trạm ra khỏi mạch vòng logic: Một trạm có sự cố phải ₫ược phát hiện và tách ra khỏi trình tự ₫ược nhận token. Bổ sung trạm mới: Một trạm mới ₫ược kết nối mạng, một trạm cũ ₫ược thay thế hoặc ₫ưa trở lại sử dụng © 2004, HOÀNG MINH SƠN phải ₫ược bổ sung vào mạch vòng logic ₫ể có quyền nhận token. 4.3 Kiểm soát truy nhập bus © 2005 - HMS 10
Ưu ₫iểm và nhược ₫iểm Ưu ₫iểm: — Tiền ₫ịnh — Độ tin cậy cao hơn nhờ vai trò bình ₫ẳng — Phù hợp cho nhiều cơ chế giao tiếp khác nhau Nhược ₫iểm: — Phức tạp Ứng dụng — Chủ yếu ở cấp phía trên (bus ₫iều khiển, bus hệ thống) © 2004, HOÀNG MINH SƠN 4.3 Kiểm soát truy nhập bus © 2005 - HMS 11
Kết hợp với Master/Slave (Multimaster) (1) Master Master Master Master Master (2) © 2004, HOÀNG MINH SƠN Slave Slave Slave Slave (1) Token passing gi÷a c¸c tr¹m tÝch cùc (2) Master/slave gi÷a mét tr¹m tÝch cùc vμ mét sè tr¹m kh«ng tÝch cùc 4.3 Kiểm soát truy nhập bus © 2005 - HMS 12
4. TDMA TDMA (Time-Division Multiple Access): Phân chia thời gian cố ₫ịnh Khe thời gian (time slot) 1 2 ... N Theo yªu cÇu Chu kú bus (chu kú TDMA) © 2004, HOÀNG MINH SƠN 4.3 Kiểm soát truy nhập bus © 2005 - HMS 13
Ưu ₫iểm và nhược ₫iểm Ưu ₫iểm — Tiền ₫ịnh, phù hợp với trao ₫ổi dữ liệu tuần hoàn — Có thể ₫áp ứng yêu cầu rất ngặt nghèo về tính năng thời gian thực — Không cần kiểm soát tập trung Nhược ₫iểm — Hiệu suất sử dụng ₫ường truyền có thể không cao — Đồng bộ hóa thời gian phức tạp Ứng dụng: © 2004, HOÀNG MINH SƠN — Thường là kết hợp với Master/Slave (ví dụ Profibus-DP V2.0, Interbus) hoặc Token Passing (Foundation Fieldbus H1) — Chủ yếu ở cấp trường 4.3 Kiểm soát truy nhập bus © 2005 - HMS 14
5. CSMA/CD Một phương pháp truy nhập bus ngẫu nhiên, nổi tiếng cùng mạng Ethernet (IEEE 802.3) CSMA/CD (Carrier Sense Multiple Access with Collision Detection) — Carrier Sense: Cảm nhận, nghe ngóng ₫ường truyền — Multiple Access: Đa truy nhập (₫ương nhiên!) — Collision Detection: Nhận biết xung ₫ột © 2004, HOÀNG MINH SƠN 4.3 Kiểm soát truy nhập bus © 2005 - HMS 15
Nguyên tắc làm việc A B C 1. carrier sense A B C 2. multiple access A B C 3. collision ... © 2004, HOÀNG MINH SƠN A B C 4. detection A ph¸t hiÖn xung ®ét, hñy bá bøc ®IÖn C ph¸t hiÖn xung ®ét, hñy bá bøc ®IÖn Chê mét thêi gian ngÉu nhiªn vμ lÆp l¹i Chê mét thêi gian ngÉu nhiªn vμ lÆp l¹i 4.3 Kiểm soát truy nhập bus © 2005 - HMS 16
Điều kiện ràng buộc Điều kiện ràng buộc giữa chiều dài dây dẫn, tốc ₫ộ truyền thông và chiều dài bức ₫iện Tại sao? Một trạm chỉ có thể dừng gửi một bức ₫iện khi nó chưa gửi xong! Điều kiện: (Chiều dài bức ₫iện n / Tốc ₫ộ truyền v) > 2TS n/v > 2l/(0,66*300.000.000), với l là chiều dài dây dẫn và hệ số k = 0,67 lv < 100.000.000n Ví dụ: Fast Ethernet (100Mbit/s) © 2004, HOÀNG MINH SƠN l = 100m => một bức ₫iện không thể ngắn hơn 100 bit. Hệ quả xét về hiệu suất sử dụng ₫ường truyền và khả năng ứng dụng? 4.3 Kiểm soát truy nhập bus © 2005 - HMS 17
Ưu ₫iểm và nhược ₫iểm Ưu ₫iểm: — Rất linh hoạt, không cần ₫ặt cấu hình mạng trước — Được sử dụng rộng rãi Nhược ₫iểm: — Thiếu tính tiền ₫ịnh — Thuật toán phức tạp Ứng dụng: — Chủ yếu ở mạng cấp cao (Ethernet) — Gần ₫ây ₫ược sử dụng ở cấp thấp: Sử dụng công nghệ © 2004, HOÀNG MINH SƠN chuyển mạch (switch) nhằm giảm xung ₫ột tín hiệu 4.3 Kiểm soát truy nhập bus © 2005 - HMS 18
Thuật toán tính thời gian chờ Thuật toán BEB (Binary Exponential Backoff): — Chọn khe thời gian (Te) là cơ sở: thông thường là thời gian lan truyền tín hiệu một lần qua lại ₫ường truyền. — Sau lần xảy ra xung ₫ột ₫ầu tiên , mỗi trạm sẽ chọn ngẫu nhiên 0 hoặc 1 lần khe thời gian chờ trước khi thử gửi lại => xác suất tái xung ₫ột? — Nếu hai trạm ngẫu nhiên cùng chọn một khoảng thời gian, hoặc có sự xung ₫ột mới với một trạm thứ ba, thì số khe thời gian lựa chọn chờ sẽ là 0, 1, 2 hoặc 3 => xác xuất xảy ra xung ₫ột ở lần này? © 2004, HOÀNG MINH SƠN — Sau lần xung ₫ột thứ i, số khe thời gian chọn ngẫu nhiên nằm trong khoảng từ 0 tới 2i-1. 4.3 Kiểm soát truy nhập bus © 2005 - HMS 19
6. CSMA/CA CSMA/CA: Carrier Sense Multiple Access with Collision Avoidance Một phương pháp cải tiến từ CSMA/CD, bổ sung mức ưu tiên ₫ể cải thiện tính thời gian thực Nổi tiếng cùng mạng CAN (Controller Area Network) © 2004, HOÀNG MINH SƠN 4.3 Kiểm soát truy nhập bus © 2005 - HMS 20